UNIVERSIDAD CÉSAR VALLEJO
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
“Propuesta de diseño del reservorio de tierra apoyado revestido con geomembrana, Querapi-Moquegua, Mariscal Nieto, Región Moquegua 2022”
LÍNEA DE INV
LIMA – PERÚ 2022
TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
Ingeniero Civil
AUTOR:
Viza Vizcarra, Yefri Carlos (orcid.org/0000-0001-7195-7641)
ASESOR:
Mgtr. Dolores Anaya, Dante (orcid.org/0000-0003-4433-8997)
ESTIGACIÓN:
Diseño de Obras Hidráulicas y Saneamiento
LÍNEA DE RESPONSABILIDAD SOCIAL UNIVERSITARIA:
Desarrollo sostenible y adaptación al cambio climático
ii DEDICATORIA
A mi Padre Celestial por permitirme seguir aprendiendo cada día y aportar mis conocimientos para mejorar el futuro de mis semejantes.
A mi familia en especial a mi Madre por siempre confiar en mí.
iii AGRADECIMIENTO
Agradecer a mi madre Isabel por su gran apoyo incondicional, a mi padre, a mi hermana, a mi abuela paterna, por brindarme su apoyo, a mis docentes, y a todos los que fueron participes de este recorrido.
iv Índice de contenidos
Carátula……….i
Dedicatoria………...ii
Agradecimiento………...iii
Índice de contenidos………..iv
Índice de tablas………v
Índice de gráficos y figuras………...vi
Resumen……….…vii
Abstract………..viii
I. INTRODUCCIÓN……….…….1
II. MARCO TEÓRICO……….…..4
III. METODOLOGÍA……….29
3.1. Tipo y diseño de investigación………...29
3.2. Variables y operacionalización……….29
3.3. Población (criterios de selección), muestra, unidad de análisis………….30
3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos………31
3.5. Procedimientos………...32
3.6. Método de análisis de datos……….33
3.7. Aspectos éticos………...33
IV. RESULTADOS………....35
V. DISCUSIÓN……….50
VI. CONCLUSIONES………...52
VII. RECOMENDACIONES……….53
REFERENCIAS……….54
ANEXOS………...60
v Índice de tablas
Tabla 1. Parámetros de sitio en zona Z (4)…..………..9
Tabla 2. Taludes referenciales en zonas de relleno (terraplenes)………...…...….14
Tabla 3. Taludes de relleno………...………...15
Tabla 4. Ángulos de fricción geomembrana - suelo y geomembrana - geotextil Según ensayo ASTM D 5321………...24
Tabla 5. Valores mínimos recomendados para supervivencia de la geomembrana asociada al proceso de instalación………....28
Tabla 6. Calicatas en la corona del reservorio…………...…………....…………...41
Tabla 7. Calicatas en terreno natural al lado del reservorio…………....…………..42
Tabla 8. Ensayos estándares normalizados………...………..42
Tabla 9. Resultados de ensayos estándares normalizados...………43
Tabla 10. Calicata Cn-01...………..…...………...44
Tabla 11. Calicata Cn-02………..………...44
Tabla 12. Calicata Cn-03………...………..44
vi Índice de gráficos y figuras
Figura 1. Estado situacional del reservorio en Querapi, Región Moquegua……...3
Figura 2. Mapa de zonificación sísmica………..8
Figura 3. Requisitos de los materiales para conformación de terraplenes……….20
Figura 4. Modelo de diseño usado para hallar espesor de la geomembrana…….22
Figura 5. Distancia de movilización de la deformación de la geomembrana HDPE vs esfuerzo……….……...24
Figura 6. Fuerzas actuantes con suelos de cobertura sobre la geomembrana de recubrimiento, con profundidad del suelo constante………...25
Figura 7. Seccion Transversal de la longitud de desarrollo de una geomembrana con zanja de anclaje y fuerzas actuantes……….…26
Figura 8. Fuerzas actuantes……….…..26
Figura 9. Esquema hidráulico del sistema de riego………....30
Figura 10. Ubicación del reservorio Querapi, Región Moquegua……….31
Figura 11. Mapa político del Perú y la Región Moquegua……….35
Figura 12. Ubicación de la Comunidad Querapi………..35
Figura 13. Vía de acceso a Querapi………..36
Figura 14. Borde libre normal y mínimo según Fetch………...………..37
Figura 15. Taludes referenciales en zonas de relleno (terraplenes)………37
Figura 16. Sección del reservorio……….….38
Figura 17. Sección del reservorio con medidas...39
Figura 18. Reservorio cuadrado……….40
Figura 19. Diseño de reservorio revestido con geomembrana……….40
Figura 20. Ubicación de las calicatas en la corona del reservorio………..….41
Figura 21. Diseño del terraplén………..46
Figura 22. Procedimiento para verificar la estabilidad del talud………...46
Figura 23. Análisis del talud con el programa Slide………....47
Figura 24. Evaluación de estabilidad del talud………....48
Figura 25. Resultado de estabilidad, según el análisis por el método de Bishop el factor de seguridad es de 5.00, indica que el talud es estable………...48
Figura 26. Resultado de estabilidad, el factor de seguridad analizado por el método de Jambu es de 6.00 señala que es estable el talud diseñado…………..49
vii Resumen
El objetivo de la presente tesis es determinar la propuesta del diseño del reservorio de tierra apoyado revestido con geomembrana, de 10,000 m3 de agua para riego en la comunidad de Querapi-Moquegua, la metodología empleada fue de tipo aplicada y diseño no experimental, Los resultados del estudio topográfico hicieron que se usen las mismas cotas de la base del fondo del reservorio existente ya que las tuberías de conducción y aducción se encuentran instaladas y los resultados del estudio de suelos en la corona y al lado del reservorio en terreno natural dieron como resultado que el material es arena, el estudio de canteras en una fue arena y en la otra fue agregado grueso y ambos se mezclaran para la conformación de los terraplenes, se realizó la comprobación de estabilidad de talud obteniendo un factor de seguridad de 5.0 que indica que el talud es estable, se formuló el presupuesto de obra considerando el costo directo se tiene el presupuesto de 1 607 453.41 soles y el plazo de ejecución de 157 días calendarios, Se llegó a la conclusión que el reservorio existente no cumple con el grado de compactación 95% en la corona y 90% en la base y cuerpo del terraplén según el laboratorio GEOS SPC SRC, se concluyó que el reservorio deberá ser de sección cuadrada o circular para así distribuir uniformemente la presión hidrostática.
Palabras clave: Reservorio, Terraplenes, Geomembrana.
viii Abstract
The objective of this thesis is to determine the proposal for the design of the supported earth reservoir lined with a geomembrane, of 10,000 m3 of water for irrigation in the community of Querapi-Moquegua, the methodology used was of an applied type and a non-experimental design. The results of the topographical study made the same levels of the base of the bottom of the existing reservoir be used since the conduction and adduction pipes are installed and the results of the study of soils in the crown and next to the reservoir in natural terrain gave as a result that the material is sand, the study of quarries in one was sand and in the other it was coarse aggregate and both were mixed for the formation of the embankments, the slope stability check was carried out obtaining a safety factor of 5.0 which indicates that the slope is stable, the work budget was formulated considering the direct cost, the budget is 1,607,453.41 soles and the execution period tion of 157 calendar days, it was concluded that the existing reservoir does not meet the degree of compaction 95% in the crown and 90% in the base and body of the embankment according to the GEOS SPC SRC laboratory, it was concluded that the reservoir should be of square or circular section in order to uniformly distribute the hydrostatic pressure.
Keywords: Reservoir, Embankments, Geomembrane.
1 I. INTRODUCCIÓN
FAO y Earthscan (2011), A nivel mundial el desarrollo de un país depende de factores económicos, sociales, y ambientales, una alternativa para mejorar en el ámbito económico es la agricultura que permite la producción de alimentos, y para esto es necesario tener suficiente agua y darle un uso eficiente con las nuevas tecnologías desde su almacenamiento hasta el riego ya que así se podrá usar menos agua y producir calidad y eso genera una mejora en la economía del país.
En la actualidad en el Perú se producen a gran escala diferentes productos y habiendo muchos terrenos fértiles a nivel nacional sin cultivar por falta de agua la ingeniería en el afán de mejorar la producción ha buscado la forma de ayudar a que estos terrenos sean aprovechados para cultivar y ha implementado diferentes proyectos para llevar agua y almacenarlos con el fin de que se pueda tener este líquido durante todo el año y así tener unos terrenos productivos. En los lugares alejados a las ciudades donde el acceso vehicular es limitado por ausencia de infraestructura vial, se construyen reservorios para almacenar el recurso hídrico con el mismo material de la zona reforzando con geo sintéticos o revestido con geomembranas para que tenga mayor duración en almacenamiento de agua, este tipo de trabajo se opta para minimizar los costos de construcción en traslados de materiales de construcción para reservorios mejorados como concreto armado y metálicos.
PERPG (2015), en la Región Moquegua se produce palta, uva, sandia, y zapallo por lo que es necesario represar agua y una forma segura es almacenarla en reservorios de geomembrana para así abastecer de forma constante a los agricultores y sus terrenos para tener una buena producción que sea de nivel de exportación, El Proyecto Especial Regional Pasto Grande (PERPG), priorizo proyectos de irrigación aprobado con código SNIP N° 308253 “INSTALACIÓN DE INFRAESTRUCTURA HIDRÁULICA PARA RIEGO PARA LA POBLACION DEL VOLCÁN UBINAS, COMUNIDAD DE QUERAPI”, fue aceptado viable el 13/05/2015 con Informe Técnico N° 041-2015-SGPI-GRPPAT/GR.MOQ., con un monto de inversión de S/. 9’632,322.00. Tiene como objeto la construcción del sistema de riego en los terrenos de los pobladores afectados por el Volcán Ubinas de la comunidad de Querapi situados en las Pampas de Jaguay Rinconada Región Moquegua. El área que intervinieron es 169.53 has, compuesto de 125 parcelas,
2 para 106 has se ha proyectado para producción de palta y uva, el resto de las parcelas serian para hortalizas, que beneficiarían a 125 familias en la actividad agrícola.
El sistema de riego tecnificado construido consta de tres componentes la Infraestructura de riego, la Capacitación y la Mitigación ambiental, el primer componente se encuentra con deficiencias en operación, que no cumple el objetivo del proyecto aprobado, por la construcción inapropiada del reservorio de tierra revestido con geomembrana de 10,000 m3 de forma rectangular, que almacena a 50% de almacenamiento para evitar el colapso de agua porque se encuentra con grietas en la corona del reservorio, lo cual trae efecto de desprendimiento de las mallas metálicas del cerco perimétrico y la malla raschell se encuentra destruida por la deformación de la corona y tensión de los cables que sujetan.
El problema general del presente estudio corresponde al diseño estructural inadecuado del reservorio apoyado construido con relleno de material de préstamo y revestido con geomembrana, que forma como componente de almacenamiento de agua del sistema de riego tecnificado instalado en las Pampas de Jaguay y Rinconada de los pobladores de Querapi, Región Moquegua. Inicialmente el reservorio de tierra revestido con geomembrana fue diseñado para la construcción de semienterrado, posteriormente los responsables de la ejecución reubicaron de la progresiva 0+717 a la progresiva 0+946.70 y se cambió de diseño semienterrado a apoyado con las mismas características iniciales de sección rectangular.
Teniendo en cuenta los problemas específicos, ¿Cuál será la forma correcta de evaluar un reservorio apoyado y medir el grado de compactación en los terraplenes?, ¿Cuál será el diseño y forma adecuada para el reservorio de 10,000 m3 de agua que pueda ser capaz de almacenar el recurso hídrico?, ¿Cómo saber si los terraplenes diseñados serán estables y soportaran las presiones hidrostáticas del agua?, ¿Cómo realizar el presupuesto y cronograma adecuado para no tener ampliaciones en la ejecución?, el presente estudio se basa en tres aspectos fundamentales para solucionar el problema, la justificación teórica donde las teorías consideradas para el diseño del reservorio son basadas en las normas técnicas que se aplican a la conformación de terraplén que son trabajos similares a la construcción de reservorios, la justificación práctica con la que se pretende resolver el problema que aqueja a la población de Querapi por la insuficiente dotación de
3 agua para riego por la falla estructural del reservorio aplicando el diseño adecuado del reservorio apoyado, estable y seguro que cumpla el objetivo de funcionabilidad y la justificación social con el presente proyecto se solucionará la deficiencia de agua en la distribución de recurso hídrico para riego, que genera conflicto social entre agricultores de la comunidad de Querapi.
El objetivo general del presente estudio es determinar la propuesta del diseño del reservorio de 10 000 m3 tipo apoyado y construido con material de préstamo y revestido con geomembrana para riego en la comunidad de Querapi y los objetivos específicos que se plantea son los siguientes, evaluar el reservorio construido de tierra apoyado y revestido con geomembrana que tiene deficiencia en almacenamiento en su capacidad normal según el diseño inicial aprobado, determinar la metodología de diseño adecuado del reservorio conformado con material de préstamo y revestido con geomembrana para almacenamiento de 10 000 m3 de agua en su capacidad normal, realizar análisis de estabilidad del prisma conformado con material de relleno para reservorio mediante el programa Slide.exe V. 6.0 el talud del terraplén y realizar el presupuesto de la obra mediante el programa S10 costos y presupuestos 2005 y programación del cronograma de ejecución física mediante el programa Ms Project V. 2013.
Figura 1. Estado situacional del reservorio en Querapi, Region Moquegua.
Fuente: Elaboración propia
4 II. MARCO TEÓRICO
El proyecto de las investigaciones realizadas por los autores nos conduce a encaminar y recaudar los datos del problema tomando en cuenta los antecedentes nacionales e internacionales para tener la idea más amplia sobre el objetivo del estudio que se plantea solucionar el problema existente.
El resultado de la investigación dará un enfoque claro y conciso para diseño estructural del reservorio de tierra apoyado revestido con geomembrana para almacenar agua para riego, basado en los antecedentes nacionales e internacionales que plantean resolver sobre los problemas similares que se presentan en la vida cotidiana, cada autor tiene sus propias conclusiones según los resultados obtenidos.
Como antecedentes nacionales tenemos a Ventura (2021), en su trabajo de investigación denominado “Diseño estructural del reservorio comprobado por el método de elementos finitos de la irrigación en Toro, la Unión – Arequipa, 2021”
que plantea como objetivo hacer el diseño estructural del reservorio comprobado por el método de elementos finitos, la metodología fue aplicada, diseño no experimental explicativo, la población es la estructuración del diseño del reservorio, la muestra fue el reservorio rectangular de concreto armado. Los instrumentos que se usaron son, mallas de tamices, balanza eléctrica, equipos de ensayos, estación total, nivel, software Civil 3D, Excel, SAP 2000, revisión de normas peruanas, y AutoCAD. Teniendo como resultado que los campesinos de la localidad tienen 134.86 Ha de tierras y se cultivan maíz, cebada, trigo, papa, haba y alfalfa siendo 60% para consumo propio y lo restante para la venta, dedicándose también a la ganadería en forma reducida, los campesinos de este lugar son 172 socios, el caudal destinado a ellos es de 53.938 L/s. Se concluyó que por medio del diseño estructural se hará un adecuado diseño del reservorio, también se fijó que el almacenamiento del recurso hídrico influyo a la hora de diseñar el reservorio, se decretó el acero de refuerzo y la sección de los elementos estructurales presentando una buena estabilidad en el reservorio, la sección del muro cumple con lo requerido al volteo y al deslizamiento, las deformaciones y tensiones del muro se chequearon con el SAP 2000.
5 Como también los autores, Deza y Huanca (2020), en su tesis titulada “Diseño de reservorio con geomembrana para retención de aguas pluviales en la comunidad de Chañi del Distrito de Pichigua, Espinar-2020”, tuvieron como objetivo diseñar un reservorio de geomembrana para determinar la retención de aguas pluviales, la metodología fue aplicada, experimental, la población de estudio para dicho proyecto de investigación toma a la población que se encuentran empadronados en la comunidad, la muestra de estudio aplicado es probabilística, lo cual confiere determinar la sección en el diseño del reservorio con geomembrana requerida, Los instrumentos que emplearon son, el estudio hidrológico y como equipos de trabajo estación total, laptop, Civil 3D y Excel. Con los resultados del estudio permitió conocer la topografía para construir el embalse de capacidad suficiente para abastecer el riego como también el consumo en el invierno y así tener un área de cuenca mínima de 10 Ha. Llegaron a concluir que en el sitio donde está ubicado cuenta con la topografía que permitió diseñar un embalse con capacidad apta para cubrir las necesidades de riego para 2.2 Ha de riego de producción agrícola, y un consumo animal de 146 cabezas de vacunos, 406 cabezas de ovinos, 112 cabezas de camélidos. Por otro lado, que el tipo de suelo investigado en el vaso se identificaron como GW-GM (gravas areno limosas de plasticidad nula) con características buenas para la conformación y compactado del reservorio desde la estabilidad, pero al ser material granular cede a la filtración, esto obliga a usar una geomembrana apoyada en un geotextil en toda el área del reservorio.
El aporte importante sobre el reservorio para agua potable según Paredes (2021), en su trabajo de investigación titulado “Evaluación estructural del reservorio elevado de concreto armado R-3 Sánchez Cerro de la provincia de Sullana, Piura, 2021”.
Su objetivo general fue determinar la evaluación estructural del reservorio elevado, la presente investigación es de metodología aplicada porque solucionara un problema usando teorías sustentadas científicamente, el diseño es no experimental, descriptivo y transeccional, la población será todo el reservorio R-3 usando todos los elementos estructurales, se usó una muestra no probabilística e intencional, se usó los siguientes Instrumentos fichas, esclerómetro, SAP2000. Los principales resultados fueron ubicación del reservorio elevado R-3 Norte (X) 9457107.00 Este (Y) 533962.00 Cota (Z) 66,50 m.s.n.m. la capacidad del reservorio
6 es de 3000 m3, y fue hecho en 1980 y ahora tiene 40 años, en el presente está en buen funcionamiento, según la segunda tabla, en la inspección se encontró eflorescencia en pequeñas cantidades, en toda el área del reservorio fue de 0.97%
lo cual es leve, en los planos dados por la EPS Grau la resistencia a la compresión diseño fue de 280 kg/cm2 para los elementos estructurales y de 175 para elementos como la cúpula y escotilla. Se concluye que el reservorio tiene 40 años de vida, hoy en día está funcionando y su conservación es aceptable, no hubo fisuras ni grietas ni otros daños comprometedores, la resistencia promedio sacada de los ensayos de esclerometria fue de 322.50 kg/cm2 lo cual cumple, por medio del análisis estructural se obtuvo que ante un sismo los elementos que padecerían algún deterioro serían las nervaduras verticales.
Por otra parte, como antecedentes internacionales el autor Quispe y Yandún (2018), En su tesis titulada “Diseño de la conducción de agua para riego desde el reservorio Culpiro hasta el reservorio Santa Isabel, en la parroquia Juan Montalvo, Cantón Cayambe”, tiene como objetivo general en diseñar la línea de conducción utilizando un sistema presurizado de alternativa factible, viable y barata. La metodología es de tipo aplicada no experimental, La población será el Cantón Cayambe, parroquia Juan Montalvo, con 113 usuarios que serán los beneficiarios directos, con un promedio de 6 personas por familia, mientras que los beneficiarios indirectos corresponden a 678 habitantes a lo largo del canal y sus alrededores.
Los instrumentos utilizados fueron equipos topográficos, Manuales de diseño y software Hcanales, Se concluyó que por las dificultades existentes en el sistema de transporte y con motivo de aprovechar toda el agua que sea posible se hizo otro trazado y diseño por un sistema presurizado, con la realización del proyecto de tesis en el Directorio Canal Maldonado se ayudara a los beneficiados con una guía técnica para el diseño de la línea de conducción, de acuerdo al análisis realizado en las estructuras existentes se obtuvo que las estructuras se encuentran en buen estado, Para evitar roturas en las tuberías debido a la sobrepresión, el tiempo de maniobra para cerrar las válvulas deberá ser mayor a 28 segundos.
Gutiérrez y Vargas (2018), en su tesis titulada Diseño, construcción e implementación del sistema de suministro de recurso hídrico para el laboratorio de
7 experimentación agrotecnica y de energías renovables de la Facultad de Ingeniería, tuvieron como objetivo Diseñar, construir e implementar un sistema de suministro de recurso hídrico, se usó la metodología agile, la población serán las tres zonas de Leatyer, distribución hídrica reservorio-tanques, distribución tanques Domos- cultivos en suelo y cultivo en Suelo. Los resultados obtenidos finalizaran la disposición de la manguera de riego debajo del suelo, para de esa forma evitar percances al cortar el césped. Se llevó debajo del suelo un aproximado de 150 metros de manguera flexible de 16 mm, considerando la distancia del reservorio y los tanques almacenados de agua. Se ve el reservorio de aguas lluvias después de limpiar los sedimentos flotantes, teniendo así una mejor vista y eso bajara el nivel de sedimentos en el reservorio y en los tanques de almacenamiento. Se concluyó que por los cambios que habrán adelante en la zona de cultivos no quedara bien implementado debido a las labores, la edificación del sistema de agua facilitara las actividades que se harán en los domos y reduce el consumo de agua.
Ovalle y Prieto (2020), en su trabajo de grado de título Diseño de un sistema de almacenamiento y distribución de aguas lluvias para producción agrícola en el Municipio de la Mesa-Cundinamarca. Tuvieron como objetivo de formular el diseño de un sistema de almacenamiento y distribución, la metodología fue aplicada el diseño no experimental que describe sobre el sistema de almacenamiento de agua y corresponde a transaccional, la población del estudio es la infraestructura hidráulica que comprende del tipo de captación, sistema de conducción, tipo de reservorio y tipo de sistema de distribución; la muestra aplicada es el reservorio, el instrumento usado es la recopilación de datos de las precipitaciones pluviales, Obteniendo como resultado el conjunto de acciones que generó mayor impacto positivo, también ayuda a generar una medida frontal para las variaciones hidrológicas que se presentan a causa del cambio climático, en conclusión abastecerá las exigencias hídricas de los cultivos que establecieron en la chacra el Trébol, las áreas de captación anterior se puede reemplazar en un 57,08% del requerimiento de agua en 1 Ha en un mes crítico de déficit hídrico, mientras tanto, estimaron un inicio bueno del plan del uso eficiente de las aguas de lluvia al poner en práctica, en dicha investigación brindó la posibilidad de calcular, diseñar y replicar en otros sistemas productivos menores, que requiere activación de los
8 conocimientos determinados para garantizar una cuantificación técnica de acorde a la disponibilidad de agua para los cultivos, justificando la inversión del presupuesto que se estableció y así construir el reservorio de 67 m3.
Se toma en cuenta, las normas internacionales y nacionales para complementar con diseño estructural del reservorio, que exigen los parámetros de las dimensiones y forma de construcción, según los estudios básicos realizados en campo, en los siguientes párrafos se consideran las normas relacionadas con la construcción del reservorio de agua.
RNE E. 030 (2019), Ya que el lugar donde está el reservorio es en Querapi que pertenece a Moquegua y en el mapa de zonificación sísmica está en zona 4 siendo el lugar más probable en que se presente un sismo, es necesario tener las precauciones del caso.
Figura 2. Mapa de Zonificación Sísmica.
Fuente: E.030 Diseño Sismorresistente RM-043-2019-Vivienda
9 El objeto de estudio está en la zona 4, Aquí la intensidad, la aceleración, el coeficiente de sacudida y el desplazamiento máximo relativo, se someten a las características del sitio como la físico-mecánica y la de profundidad freática.
Tabla N° 1. Parámetros de sitio en zona Z (4).
Parámetros de sitio:
Descripción Geotécnica
Factor Zona
(Z) 4
Factor de Suelo
(S)
S Tp (s) periodo que define
la plataforma de factor C
Tl (s) periodo que define el inicio de la
zona del factor C con desplazamien to constante
Factor de Uso
1.0
Suelos arcillosos arenosos limosos medianamente
densos
0.45 S2 1.05 0.60 2.00
C Edifica ciones comun es
Fuente:E.030 Diseño Sismorresistente RM-043-2019-Vivienda
American Concrete Institute (2009) Concluyen que para diseñar reservorios hay que tener en consideración las aceleraciones del suelo, la rigidez, la masa y también el amortiguamiento.
American Society of civil Engineers ASCE (2017), dicen que la evaluación de sismos se trata en varias formas realizadas a la edificación, y cada construcción se debe ver cómo se comporta ante un posible sismo.
Earth-Science Reviews Volume 216, May 2021, 103597 (2021), Las inundaciones a causa de fallas de los diques y presas por el desprendimiento de la tierra aparte de ser un desastre a nivel geológico, por que destruye la vida y las propiedades de los habitantes, y también cambian a gran escala la apariencia de los paisajes en el
10 lugar donde ocurrió la inundación. Esta revisión ve las rupturas de presas de terraplenes y deslizamientos de tierra, teniendo un enfoque particular en fallas documentados, experimentados en laboratorio y de campo, así como también los modelos empíricos y físicos. También se revisan los estados de arte de las tecnologías de modelado tanto físico como matemático. En Primer lugar, se analiza la distribución, los parámetros de incumplimiento y las formas de falla. en Segundo lugar, se ven las bases de pruebas de modelos físicos en distintas escalas en todo el mundo, se estudia profundamente los procesos de ruptura de presas de terraplén. En Tercer lugar, se revisan los modelos matemáticos, empíricos, o físicos típicos con un enfoque en las presas formadas artificialmente. y por último se discuten las incertidumbres como las limitaciones asociadas y al final se proponen recomendaciones para una mejor comprensión de los mecanismos de incumplimiento.
Water 2021, 13(9), 1144; (2021),Esta investigación tiene como objeto la evaluación de las influencias geográficas de los diques protectores a base de arroz en las inundaciones a lo largo de los ríos. Varios diques bajos y altos se han edificado en las llanuras aluviales para proteger los cultivos de arroz contra las inundaciones.
Para esto se usó la configuración del modelo hidrodinámico 1D-cuasi-2D para la simulación de setenta y dos escenarios de edificación de diques en inundaciones bajas, medias y altas, que ocurrieron en el VDM para examinar los efectos de diferentes magnitudes de inundación en un área determinada de edificación de diques. Teniendo en cuenta la simulación del modelo, se estableció un indicador de evaluación llamado factor de impacto geográfico (GIF), para evaluar los impactos del comportamiento de los diques basados en las crecidas a lo largo de los ríos, nuestros hallazgos dieron resultados de distintas tasas de influencias en el nivel del agua de inundación a lo largo de los ríos y bajo distintos escenarios de diques altos basados en zonas.
Hydrol. Earth Syst. Sci., 23, 3735–3764, 2019 (2019), Los embalses alteran grandemente el ordenamiento de flujo en los sistemas de cuencas al cambiar la magnitud y el tiempo del caudal. La ausencia de representación de estas alteraciones hace que se limite el rendimiento de los modelos hidrológicos y de superficie terrestre (H-LSM), en varias cuencas de alta regulación en todo el mundo
11 se limita la aplicación de estos modelos para investigar el futuro de los sistemas de cuencas por medio del análisis de escenarios, por ejemplo, el cambio de clima, el uso de tierra o regulación de embalse. Por eso una representación correcta de embalse y su operación es un (H-LSM), ya que es esencial para una representación real del flujo de aguas. Los resultados al usar este modelo fueron que se conduce a una precisión de simulación más exacta y real a la realidad, que al usar otros enfoques para la simulación de operaciones de yacimientos.
Science of The Total Environment Volume 644, 10 December 2018, Pages 237-246 (2018), Se piensa que los resultados al usar la tierra y la conexión sobre las características de los ecosistemas acuáticos varían según la escala, esta investigación tuvo como objeto la evaluación de las relaciones entre el uso de la tierra y las características del embalse en dos escalas espaciales, se obtuvieron muestras de agua y muestras de sedimentos de varios sitios y en diferentes estaciones, las fortalezas de las relaciones entre el uso de la tierra y las variables de sedimentos resultaron más fuertes que aquellas entre el uso de la tierra y las variables de calidad de agua. Las fortalezas dependían de la escala. Por último, los procesos espaciales, primordialmente la conectividad hidrología, tiene un papel importantísimo en la calidad de agua y los sedimentos.
Di Baldassarre, G., Wanders, N., AghaKouchak, A. et al. Nat Sustain 1, 617–622 (2018), La ampliación de embalses para contrarrestar las sequias y falta de agua es una problemática que nos incumbe a todos. habiendo dos dinámicas opuestas que se consideran en esta discusión, las fases de oferta-demanda y los efectos de depósito. el primero explica momentos en que la abundancia de agua nos da un alza en la demanda de agua, lo que contrarresta velozmente los beneficios de los embalses. los efectos se relacionan al caso en que la alta dependencia de los embalses agrandase la vulnerabilidad y así engrandece el daño potencial a causa de las sequias.
Agropinos (2020), expresa que la función principal de los reservorios es tener un espacio suficiente para así poder almacenar una cantidad enorme de agua y que así las plantas tengan la suficiente humedad para producir productos de alta calidad y también dice que las geomembranas a usar sean resistentes a los rayos ultravioletas para que tengan mayor resistencia y durabilidad.
12 BASES TEORICAS
Diseño del reservorio, Anze (s/f), sostiene que se debe tomar en cuenta la estructura de almacenamiento, deberá ser funcional según las necesidades básicas del estudio, que cumpla los objetivos programados y características de cada caso, es fundamental ya tener un previo diseño.
Volumen útil de almacenamiento, Según Córdova (2015), indica que es la facultad de acumular agua para abastecer a todas las personas del sistema. Es determinada con la utilización de patrones de simulación hidrológica, usando como variables las propiedades físicas del embalse, aguas que ingresan al reservorio, precipitaciones sobre el reservorio, disminución o merma debido a la evapotranspiración, infiltración, y vertimientos, y abasto a los beneficiarios. Si el volumen provechoso es inferior al que se usará significa que el embalse no podrá suministrar la demanda requerida en todo el año por lo que se exhiben deficiencias en el abasto con el consiguiente racionamiento. Hay cierta permisividad para que el sistema deje que se opere con racionamientos.
Volumen de sedimentos, Córdova (2015), refiere que un embalse es un gran sedimentador. Gracias a investigaciones de hidráulica fluvial y de conducción de sedimentos se tasan los volúmenes y las particularidades granulométricas de los sedimentos que ingresan al embalse durante los 12 meses. Asimismo, los sedimentos voluminosos quedan antes que los finos, y una parte son depositados contra la presa, es fundamental tantear la figura que presenta la masa de los sólidos para fijar el volumen que ocupara cada año en el transcurso de su utilidad. Cada diseño deberá garantizar que hay suficiente área para los sedimentos para que en los años de funcionamiento estos no obstruyan las estructuras de captación.
Volumen de almacenamiento, Anze (s/f), plantea que el volumen de agua se debe estimar según el volumen de diseño de acuerdo a las necesidades hídricas de las plantas, que deberá ser capaz de soportar la carga hidráulica y almacenar el volumen de agua proyectado para el reservorio, también se deberá tener en cuenta la porción de agua que pedirá cada sector o grupo de parcelas y el turno de riego que toca a cada sector.
13 Con esto, el volumen a almacenar (m3) se calculará mediante la ecuación:
Va = Etc × p × Sup × 10 × 1,15.
Donde:
Va: volumen a acumular (m3)
Etc: evapotranspiración máxima (mm/día)
p: tiempo de turno a turno del uso del agua (días) Sup: superficie cultivada (hectáreas).
Anze (s/f), en la formula anterior “10” es un acomodamiento de unidades y “1,15”
es un acomodamiento por futuras ineficiencias, disminución (por evaporación u otro factor que puede afectar) o necesidades de lavado. El valor de Etc corresponde a la zona donde se instalará los cultivos o en todo caso consultar las recomendaciones de FAO.
De acuerdo con Agüero (2007), citado por Zegarra (2019), se ampara: “Para tener el total volumen del reservorio se considerarán parámetros como; volúmenes contra incendio, regulación, reserva con el fin de amortizar interrupciones en el sistema”.
Valmacenamiento = Vreg+ VCI + Vres Entonces:
V. res: volumen de reserva V. reg: volumen de regulación V. CI: volumen contra incendio
MVOTMA (2011) refiere: el volumen ideal óptimo de acaparamiento en el embalse varía según el nivel de petición, examinando estadísticamente por medio del balance hídrico mensual en un tiempo fijado. El nivel de demanda se lleva a cabo a través del balance hídrico mensual. Este balance considera tanto los ingresos como las salidas del agua, considerando el volumen controlado el embalse, y fijando la variabilidad del volumen acumulado y el recurso hídrico que verdaderamente se tiene para complacer dichas peticiones.
14 ELEMENTOS DEL RESERVORIO DE TIERRA, Para fijar la capacidad de almacenamiento de agua es necesario considerar los elementos fundamentales del reservorio de tierra, que funcione como parte del sistema de riego tecnificado, los elementos básicos se basan en las normas técnicas del Ministerio de Transportes y Agua Potable los cuales son.
LAS CARAS O TALUDES, la norma del MTC implementó el manual con D.S. N°
034-2008-MTC emitido el 25/10/2008, que actualiza con D.S. N° 021-2016-MTC del 04/11/2016 el Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial, Articulo N°
21 Manual del Diseño Geométrico – Manual de carreteras DG-2013. Capitulo III.
DISEÑO GEOMÉTRICO EN PLANTA, PERFIL Y SECCIÓN TRANSVERSAL.
Diseño geométrico de la sección transversal. Taludes en secciones en corte, cambiarán según las peculiaridades geomecánicas del suelo: su altura, inclinación y factores de diseño, se fijarán de acuerdo al estudio suelos, situación de drenaje superficial y subterráneo, para así fijar su situación de estabilidad, ya que esto es prioritario en el transcurso del proyecto, primordialmente donde hay fallas geológicas o materiales inestables y así elegir la mejor alternativa.
Los taludes en zonas de relleno (terraplenes), cambiaran según las peculiaridades del material del que esta echo. En la Tabla 304.11 se muestra taludes referenciales.
Tabla N° 2. Taludes referenciales en zonas de relleno (terraplenes).
Materiales
talud (V:H) altura (m)
< 5 5 - 10 > 10 Grava, limo arenoso y
arcilla 1:1,5 1:1,75 1:2,0
Arena 1:2,0 1:2,25 1:2,5
Enrocado 1:1,0 1:1,25 1:1,5
Fuente: Manual de carreteras DG-2013. Capitulo III.
Como dice Manual de Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito (2008), Aprobado por la Resolución Ministerial Nº 303-2008-MTC/02 (2008), Los taludes de relleno, de igual modo, serán en función del material usado,
15 consiguiendo emplear los posteriores taludes óptimos para los tipos de materiales incorporados.
Tabla N° 3. Taludes de relleno.
Materiales talud (V:H)
H < 5 5 < H <10 H > 10
Enrocado 1 : 1 (*) (**)
Suelos diversos compactados
(mayoría de suelos) 1 : 1.5 (*) (**)
Arena compactada 1 : 2 (*) (**)
(*) Requiere banqueta o análisis de estabilidad
Fuente:Manual de Diseño de Carreteras No Pavimentadas de Bajo Volumen de Tránsito (2008).
LA CORONA O CRESTA, Martínez y Batanero (s/f) sostiene: “la anchura de la corona de una presa de tierra depende de diversos factores; 1) naturaleza de los materiales usados en el terraplén y distancia mínima aceptable de filtración mediante el dique, 2) altura e importancia de la estructura, 3) necesidad de acondicionar una carretera en ella y 4) posibilidad de construcción. Ancho mínimo de coronación deberá ser tal que proporcione, con un coeficiente seguro un gradiente de filtración a través del dique a nivel de embalse lleno. Dados los inconvenientes prácticos para fijar este coeficiente, el ancho de corona como norma se fijará empíricamente valiéndose en la información que ya existe. Se sugiere la formula siguiente para la fijación del ancho de corona para presas de tierra pequeñas:
W = Z 5+ 3
Donde:
W = El ancho de la coronación (m).
Z = La altura del prisma (m).
Para facilitar la construcción con un equipo adecuado, la anchura mínima no debe ser inferior a 3.5 m en algunos casos, la anchura mínima está determinada por la necesidad de instalar una carretera sobre ella.
16 LA CIMENTACIÓN, D.S. N° 034-2008-MTC publicado el 25/10/2008 que acepta el Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial, Articulo N° 26 Contenido del manual de especificaciones técnicas generales para construcción, actualizado con Resolución Directoral N° 22 – 2013 – MTC/14 del 17 de julio del 2013 que aprueba la actualización del Manual de Carreteras “Especificaciones Técnicas Generales para Construcción – EG – 2013” MTC, Dirección General de Caminos y Ferrocarriles Dirección de Normatividad Vial.
CAPITULO II MOVIMIENTO DE TIERRAS, EG-2013 SECCIÓN 205-02, PAGINA 193 TERRAPLENES, Requerimiento de construcción, Base y cuerpo del terraplén.
Las densidades individuales (Di) del segmento serán mínimo, el 90% de la máxima densidad conseguida en el ensayo Proctor Modificado de referencia (De) para la base y cuerpo del terraplén y el 95% con respecto a la máxima conseguida en el mismo ensayo, cuando se corrobore el compactado en la corona del terraplén.
Di > 0,90 De (base y cuerpo) Di > 0,95 De (corona)
La humedad no debe variar en ±2% respecto del Óptimo Contenido de Humedad sacado con el Proctor Modificado.
LAS VÁLVULAS DE CONTROL, Según Emerson (2019), Las plantas de procesamiento actuales usan una extensa red de bucles de control para tener un producto óptimo en el mercado. Estos bucles son diseñados para conservar una variable de desarrollo (es decir, presión, flujo, nivel, temperatura, etc.) adentro del rango de operación exigido y así salvaguardar un producto final de calidad. Cada bucle acoge y produce interiormente alteraciones que influyen desfavorablemente la variable de desarrollo (VP). La interacción con otros bucles de la red igualmente produce alteraciones que repercuten en la variable de desarrollo.
DIMENSIONAMIENTO DEL RESERVORIO, El volumen con molde de tronco de pirámide invertido está precisado por la ecuación:
17 Vr =h(ABm + abm + √ABm x abm)
3 Dónde:
Vr : volumen (m3)
ABm : área de la base mayor o longitud del reservorio multiplicada por su ancho, a nivel del pelo de agua (m2).
Abm : área de la base menor, o longitud del fondo del reservorio multiplicada por el su ancho (m2).
H : altura del tronco de pirámide, o columna de agua almacenable (m).
TIPOS DE RESERVORIOS, Agüero (2004), Argumenta que podrán ser elevados, apoyados y enterrados. Los que están en elevación pudiendo ser de manera esférica, de manera cilíndrica y en forma de paralelepípedo, son edificados sobre torres, columnas, pilotes, etc. Los que están apoyados primordialmente son rectangulares y circulares, son edificados directo sobre el terreno natural del suelo.
Los enterrados son rectangulares y circulares, son edificados por debajo del terreno natural del suelo (cisternas).
Hydraulic Engineering (2018), La ingeniería hidráulica es un parte fundamental de la ingeniería civil, ya que estudia los fluidos principalmente el agua, este libro ayuda en el diseño de diversas estructuras y contiene diferentes investigadores en la hidráulica.
RESERVORIOS ELEVADOS, Agüero (2005), describe que constan de dos partes fundamentales: el tanque de acaparamiento también llamado cuba, y el soporte. La estructura portante puede estar conformada por un fuste cilíndrico o tronco cónico, el cual se emplea en reservorios de amplia cabida o por una serie de columnas arriostradas, utilizadas en reservorios medianos y pequeños. En zonas rurales
18 usualmente usan reservorios medianos o pequeños, por ello esta sección está encaminada al diseño de reservorios que se apoyan sobre columnas arriostradas.
RESERVORIOS ENTERRADOS, la Norma OS.030 almacenamiento del recurso hídrico en consumo humano (2006), Los reservorios enterrados tendrán que poseer una cubierta impermeabilizada y una pendiente que permita que el agua tenga presión. Si se previó jardines sobre la cubierta se tendrá que tener drenaje para evitar el acaparamiento, como pozas de percolación, letrinas o botadero. Los fondos y las paredes serán impermeabilizados para que no ingresen la napa y agua del regadero de jardines.
RESERVORIOS APOYADOS, Agüero (2004), En los reservorios que son apoyados, característico en comunidades rurales, se usan de preferencia la índole de tapa libre y el fondo empotrado. En este acto y cuando interviene sólo el empuje del agua, la presión en el borde es nula y la máxima presión (P), sucede en la base.
𝑃 = 𝛾
𝑎𝑥 ℎ.
Empuje del agua:
𝑣 = 𝛾
𝑎𝑥 ℎ
2𝑥 𝑏 2
Donde:
𝛾 a = Peso específico del agua h = Altura del agua
b = Ancho de la pared
Resolución Ministerial N° 184-2012-VIVIENDA (2012), que aprueba la “guía de opciones técnicas para suministro del recurso hídrico potable y saneamiento en la población del ámbito rural” señala los miembros del reservorio apoyado: tanque de acaparamiento, las estructuras de forma cuadrada o circular, de capacidad variable.
Se integra con una tapa y escalera, para entrar al interior y realizar el mantenimiento y de un tubo para ventilar la parte alta. El material podrá ser de concreto armado, además existen reservorios prefabricados de HDPE y de varios materiales que son fáciles de colocar.
19 ESTUDIOS BASICOS
ESTUDIOS TOPOGRAFICOS.
Previo a la investigación de suelo se debe identificar el terreno según el plano topográfico, que se encuentre al inferior al 5% según el plano de planimetría, situación y disposición de canales de ingreso y drenaje para aguas sobrantes o rebose, también para eliminar aguas de limpieza.
Se realizó levantamiento topográfico mediante el uso de equipo de estación total la zona de la instalación de la infraestructura del sistema de riego, en este caso específicamente el área de almacenamiento de recurso hídrico proyectado según demanda hídrica de los cultivos de palto, vid y hortalizas que se proyectó instalar en un área de 126.40 has que demanda un volumen de 10,000 m3 de agua, divididos según las parcelas que cuenta cada usuario.
ESTUDIO DE SUELOS
Para la cimentación de las estructuras se deberá realizar el estudio de suelos en terreno de fundación, el literal a. del ítem 1.3.1. casos donde existe obligatoriedad del numeral 1.3 obligatoriedad de los estudios.
NTE. E. 050 Suelos y Cimentaciones (2006), establece los casos donde existe obligatoriedad de un estudio de mecánica de suelos (EMS), en el cual especifica varias edificaciones, dentro de los cuales se considera a los tanques de agua y reservorios.
En numeral 1.4 sobre el estudio de suelos en cimentaciones que deben estar alineados con la norma actual, se basan en el metrado de cargas tasado para la estructura, que complementa el investigar mínimo que requiere para un Estudio de Suelos que deberá cumplir las condiciones de frontera, si en caso que no cumple el profesional debe ampliar el programa más adecuado.
La investigación se debe desarrollar para las condiciones de cimentación de las cargas a utilizar o capacidad de carga, asentamientos tolerables, factor de seguridad a una falla de corte, presión admisible.
20 ESTUDIO DE CANTERAS
Para la construcción del reservorio de tierra es necesario realizar el estudio de suelos en cantera, que comprende la cantidad que abastece, calidad de material y la distancia entre la cantera y la ubicación del reservorio.
El relleno controlado deberá estar cumpliendo con una serie de requisitos para poder ser usada en la conformación del prisma, con el objetivo de garantizar la estabilidad de talud, que exige el grado de compactación en la cimentación y el cuerpo de terraplén y la corona que implemento el manual de transportes y comunicaciones sección suelos y pavimentos, aprobado con Resolución Directoral N° 10-2014-MTC/14, para extraer agregados para construcción de terraplén se debe determinar las características mediante ensayos de laboratorio.
Deberan cumplir con lo establecido en la tabla 205.01 del manual de carreteras, Especificaciones Tecnicas Generales para Construccion EG-2013, aprobado mediante Resolución Directoral n.° 22-2013-MTC/14, publicado el 7 de agosto de 2013.
Figura 3. Requisitos de los materiales para conformación de terraplenes.
Fuente: Especificaciones Tecnicas Generales para Construccion EG-2013
La ubicación de la cantera debe ser en función de la distancia a la construcción del reservorio, siempre y cuando que el material cumpla con la calidad y cantidad requerida para la conformación del prisma.
21 El otro aspecto es la accesibilidad hacia el lugar de la cantera para la extracción de bancos de materiales, tratamiento, descripción de agregados, permiso de uso y periodo de explotación.
El ensayo de laboratorio determinará las características físicas, químicas y mecánicas de los materiales de acuerdo al Manual de Ensayo de Material para Canteras del MTC que deberá ser vigente para dicho estudio.
ESTUDIOS COMPLEMENTARIOS ESTUDIOS DE SEDIMENTOS
El estudio de sedimentos se debe determinar mediante el muestreo del agua que se va captar, el flujo de recurso hídrico transporta pequeñas partículas de sólidos en el cuerpo de agua, con la finalidad de determinar el volumen muerto por asentamiento de sólidos en el fondo del reservorio. En el caso de nuestro reservorio aguas arriba antes de la captación existen desarenadores los cuales tienen por finalidad separar la arena, la sedimentación y las materias con el fin de evitar que ingresen a la tubería de conducción.
DISEÑO DE GEOMEMBRANA.
LA METODOLOGÍA DE DISEÑO.
Se presenta la manera más eficaz para escoger la geomembrana óptima y así ser puesta como barrera impermeable, y así garantizar el cuidado del ecosistema en cada diferente tipo de aplicación de almacenamiento de agua.
El diseño se trata en evaluar el primordial uso que se le dará a la geomembrana y hallar el valor solicitado para esa peculiaridad especifica. En el tema del diseño de geomembrana, se compararon las resistencias del material con el valor solicitado en el diseño para la misma peculiaridad y así obtener un factor seguro global FSg.
𝐹𝑆𝑔 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐴𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 → 𝐹𝑆𝑔 > 1 Donde:
Resistencia disponible: Resistencia última del ensayo que simula las condiciones reales del proyecto sobre los factores de reducción.
22 Resistencia requerida: Valor hallado mediante una metodología de diseño que imita las condiciones reales del proyecto.
DISEÑO DEL ESPESOR.
El espesor óptimo de la geomembrana dependió del polímero con el que se hizo la membrana debido al distinto comportamiento de la fluencia de cada material.
Para hallar el espesor se hizo un equilibrio límite tomando en cuenta la posible deformación en la geomembrana tal como está en la siguiente figura:
Figura 4. Modelo de diseño usado para hallar el espesor de la Geomembrana Fuente: Manual de diseño con geosintéticos, Novena edición, 2012.
∑ 𝐹𝑥 = 0
𝑇 𝑐𝑜𝑠𝛽 = 𝐹𝑈𝜎 + 𝐹𝐿𝜎 + 𝐹𝐿𝑇
∑ 𝐹𝑥 = 0
𝑇 𝑐𝑜𝑠𝛽 = 𝐹𝑈𝜎+ 𝐹𝐿𝜎+ 𝐹𝐿𝑇
𝑇 𝑐𝑜𝑠𝛽 = 𝜎𝑛 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑈(𝑥) + 𝜎𝑛 𝑡𝑎𝑛𝛿𝐿(𝑥) + 0.5(2𝑇 sin (𝛽
𝑥) (𝑥)𝑡𝑎𝑛𝛿𝐿 𝑇 = 𝜎𝑛 𝑥 (tan 𝛿𝑈+ tan 𝛿𝐿)
𝑐𝑜𝑠𝛽−𝑠𝑖𝑛𝛽 𝑡𝑎𝑛𝛿𝐿 ……….. (d)
23 La tensión inducida en la geomembrana es igual al esfuerzo admisible por el espesor.
𝑇 = 𝜎𝑎𝑑𝑚𝑡 Donde:
T = Tensión movilizadora en la geomembrana σadm = Esfuerzo admisible en la geomembrana t = Espesor de la geomembrana
Entonces reemplazando estos valores en la ecuación (d) se tiene que:
𝜎𝑎𝑑𝑚𝑡 = 𝜎𝑛 𝑥 (tan 𝛿𝑈 + tan 𝛿𝐿) 𝑐𝑜𝑠𝛽 − 𝑠𝑖𝑛𝛽 𝑡𝑎𝑛𝛿𝐿
𝑡 = 𝜎𝑛 𝑥 (tan 𝛿𝑈+ tan 𝛿𝐿)
𝜎𝑎𝑑𝑚(𝑐𝑜𝑠𝛽−𝑠𝑖𝑛𝛽 𝑡𝑎𝑛𝛿𝐿) ………. (e)
Donde:
β = Ángulo que forma el movimiento de la geomembrana a tensión con la horizontal.
FUσ = Fuerza de fricción sobre la geomembrana debido al suelo de cubierta (para suelos de cubierta demasiado delgados, la fracturación de este puede ocurrir por tensión, en estos casos este valor suelo despreciable)
FLσ = Fuerza de fricción debajo de la geomembrana debido al suelo de cubierta FLT = Fuerza de fricción debajo de la geomembrana al componente vertical de T admisible.
σn = Esfuerzo aplicado por el material de relleno
δU = Ángulo de fricción entre la geomembrana y el material superior (ASTM D 5321) δL = Ángulo de fricción entre la geomembrana y el material inferior (ASTM D 5321) x = Distancia de movilización de la deformación de la geomembrana.
24 Tabla 4. Ángulos de fricción geomembrana - suelo y geomembrana – geotextil.
Tipo de Geomembrana
HDPE
Tipo de Geotextil no
tejido Punzonado
Tipo de suelo - Arena Φ = 30˚ Φ = 28˚ Φ = 26˚
Texturizado Lisa
32˚
8˚ 30˚ (100%)
18˚ (56%) 26˚ (92%)
18˚ (61%) 22˚ (83%) 17˚ (63%) Fuente: Según ensayo ASTM D 5321.
Figura 5. Distancia de movilización de la deformación de la geomembrana HDPE vs Esfuerzo.
Fuente: Según ensayo ASTM D 5321.
ESTABILIDAD DE LA COBERTURA DEL RELLENO
Las geomembranas generalmente serán recubiertas, con esto se busca protección extra contra las oxidaciones, degradación ultravioleta, las temperaturas elevadas que hacen que la degradación sea más alta, el punzonamiento, el rasgado, la protección por daños accidentales o intencionales. Generalmente se cubren con pequeños espesores del suelo, que tienden a resbalarse por los taludes, por tal motivo esta forma de chequear es basada en las condiciones del equilibrio límite entre el subsuelo, la geomembrana y el suelo de recubrimiento y asumir que tienen un espesor uniforme.
25 Figura 6. Fuerzas actuantes con suelos de cobertura sobre la geomembrana de recubrimiento, con profundidad del suelo constante.
Fuente: Manual de diseño con geosintéticos, Novena edición, 2012.
Para realizar el cálculo de la estabilidad de la cobertura se chequea un F.S. por equilibrio límite.
𝐹𝑆 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
𝐹𝑆 = 𝑁 tan 𝛿𝑈 (𝐿) + 𝑇𝑎𝑑𝑚 𝑊 sin 𝛽 (𝐿) 𝐹𝑆 = (𝑊 cos 𝛽) tan 𝛿𝑈 (𝐿)+ 𝑇𝑎𝑑𝑚
𝑊 sin 𝛽 (𝐿) ……… (f)
Donde:
W = Peso del material de relleno.
β = Ángulo de inclinación del talud con la horizontal.
δU = Ángulo de fricción entre la geomembrana y el material superior.
L = Longitud de la inclinación.
Tadm = σadm * t, Fuerza de tensión en la geomembrana.
26 Se obtienen distintos factores de seguridad para distintas longitudes de inclinación y se escoge la longitud que de un FS mínimo de 1 para avalar que no haya deslizamiento de la capa de suelo.
DISEÑO DE LA LONGITUD Y ZANJA DE ANCLAJE
En este chequeo, se tuvo en cuenta un estado de esfuerzos en el interior de la zanja de anclaje y su mecanismo de resistencia. En la profundidad de la zanja de anclaje hay fuerzas laterales que actúan sobre la geomembrana, más propio una presión activa de tierras propensa a desestabilizar el sistema y una presión pasiva de tierra propensa a soportar.
Figura 7. Sección transversal de la longitud de desarrollo de una geomembrana con zanja de anclaje y fuerzas actuantes.
Fuente: Manual de diseño con geosintéticos, Novena edición, 2012.
Figura 8. Fuerzas Actuantes
Fuente: Manual de diseño con geosintéticos, Novena edición, 2012.
27
∑ 𝐹𝑥 = 0
𝑇𝑎𝑑𝑚 𝑐𝑜𝑠𝛽 = 𝐹𝑈𝜎+ 𝐹𝐿𝜎+ 𝐹𝐿𝑇− 𝑃𝐴 + 𝑃𝑃 𝑇𝑎𝑑𝑚 𝑐𝑜𝑠𝛽 = 𝜎𝑛 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑈(𝐿𝑅𝑂) + 𝜎𝑛 𝑡𝑎𝑛𝛿𝐿(𝐿𝑅𝑂) − 0.5 (2𝑇𝑎𝑑𝑚sin ( 𝛽
𝐿𝑅𝑂) (𝐿𝑅𝑂)tan (𝛿𝐿) − 𝑃𝐴 + 𝑃𝑃
Factorizando, se tiene:
𝑇𝑎𝑑𝑚 = 𝜎𝑛 𝐿𝑅𝑂(𝑡𝑎𝑛𝛿𝑈+𝑡𝑎𝑛𝛿𝐿) − 𝑃𝐴 + 𝑃𝑃
𝑐𝑜𝑠𝛽+𝑠𝑖𝑛𝛽 tan 𝛿𝐿 ……… (g)
𝑃𝐴 = (0.5𝛾𝐴𝑇𝑑𝐴𝑇+ 𝜎𝑛)𝐾𝐴𝑑𝐴𝑇 𝑃𝑃 = (0.5𝛾𝐴𝑇𝑑𝐴𝑇+ 𝜎𝑛)𝐾𝑃𝑑𝐴𝑇 Donde:
LRO = Longitud de desarrollo.
PA = Presión activa de tierras contra el material de relleno de la zanja de anclaje.
PP = Presión pasiva de tierras contra el suelo insitu de la zanja de anclaje.
γAT = Peso Específico del suelo de la zanja de anclaje.
dAT = Profundidad de la zanja de anclaje.
σn=Esfuerzo normal aplicado por el suelo de cobertura.
KA=Coeficiente de presión de tierra activa = tan2 (45 - φ/2).
KP=Coeficiente de presión de tierra pasiva = tan2 (45 + φ/2) = 1/KA.
φ=Ángulo de fricción del suelo respectivo.
Por lo tanto, desarrollando la ecuación (g) se tuvieron dos incógnitas, por tal motivo asumimos una de las dos variables y calculamos la otra en iterando, hasta hallar un dato consistente constructivamente factible para la longitud de desarrollo (LRO) asi también para la profundidad de anclaje (dAT).
28 CHEQUEO POR SUPERVIVENCIA
Después de escoger la geomembrana por medio de la teoría de diseño, se considera por añadidura serie de transporte manejo e instalación, ya que esto no lo ve a profundidad el diseñador. Solamente por especificaciones precisas y cuando se quiere asegurar la alta calidad en la construcción, la geomembrana puede sobrevivir la instalación y cumplir óptimamente la función por la cual fue instalada.
Mientras es transportada, manipulada e instalada, es vulnerable y expuesta al rasgado, punzonamiento, que alguna herramienta caiga sobre ella, que algunas personas sin zapatos adecuados puedan pisarla o vulnerarla etc. Son cosas que pueden pasar en el proceso que se instale, estas situaciones podrían presentarse accidentalmente, o por falta de cuidado en el proceso de instalación.
En la tabla se relacionan ciertas propiedades mecánicas de la geomembrana, resistencia a la tensión, susceptibilidad al rasgado, punzonamiento y daño por impacto. El espesor es una propiedad física que se relaciona con la acción mecánica, donde el incremento puede ser en algunos casos lineal o exponencial.
Por esta razón, agencias internacionales requieren un espesor mínimo bajo cualquier circunstancia. Por lo tanto, el espesor mínimo y sus propiedades subsecuentes están sujetas a las condiciones específicas del lugar.
Tabla 5. Valores mínimos recomendados para supervivencia de la geomembrana asociada al proceso de instalación.
Propiedades físicas y método de laboratorio.
Grado requerido de supervivencia Bajo Medio Alto Muy alto Espesor (D5199), mils (mm) 20 (0.50) 30 (0.75) 40 (1.0) 60 (1.5) Tensión (D6693), Lb/pulg
(Kn/m) 46 (8.0) 69 (12) 91 (16) 137 (24)
Rasgado (D1004), Lb (N) 15 (67) 22.7 (101) 30.3 (135) 45.6 (203) Punzonamiento (D4833), Lb
(N) 36 (160) 60 (268) 80 (357) 120 (536)
Impacto (D3998 mod), J 10 12 15 20
Fuente: Designing With Geosynthetics 5ta. Edición. Robert Koerner. Adaptada a materiales disponibles en el mercado.
29 III. METODOLOGÍA
3.1. Tipo y diseño de investigación Tipo de Investigación
La investigación realizada fue de tipo aplicada ya que me permitió solucionar el problema existente usando las teorías que ya existen.
Según Ñaupas, et. al. (2014) expresa que este tipo de investigación aplicada es con orientación a que entendamos y resolvamos de manera correcta los problemas de diferentes procesos.
Diseño de Investigación
Fue no experimental ya que trabajamos con datos sin maniobrarse y no habrá manipulación de las variables.
Según Hernández Sampieri, et al (2014), esta investigación fija la realización de la inspección sin mangonear las variables. Se observan fenómenos tal cual es en el ámbito natural tal como se dan en su entorno natural, para así más adelante ser analizados. (p.152).
3.2. Variables y Operacionalización:
Variable
Propuesta de diseño
Operacionalización
La operacionalización nos ayudó a encaminar los objetivos de este proyecto, según (Bauce, Cordova, & Avila, 2018), nos advierten que esto en el transcurso de investigar nos posibilita transformar nuestras observaciones o mediciones por ejemplo, que podemos transformar la variables de observables a medibles, pues también (Torracchi C, Caparó E, & Pariona M, 2019) nos dice que la operacionalizacion de variables es el lapso de descomposición de la variable y así mejorar su comprensión, la gran parte de estos procesos se presenta por medio de tablas, siendo el mayor propósito definir los objetivos de lo investigado.
30 3.3. Población, muestra y muestreo
Población
La población es el reservorio de 10,000 m3.
En la presente investigación de todo el sistema de riego tecnificado que comprende desde la captación, tubería de conducción, reservorio, tubería de aducción, caseta de filtrado, red de laterales e hidrantes en cada parcela, se tomó como población solo el Reservorio.
Segun (Chuquihuaraca C. y Crisostomo J. 2020), Es el grupo de partes que incluyen la investigación de la que se tendrá la información para dar conclusiones a los problemas expuestos. (p. 21).
Figura 9. Esquema Hidráulico del Sistema de Riego.
Fuente: Expediente técnico del proyecto, aprobado mediante Resolución de Gerencia General n.° 135-2015-GG-PERPG/GR.MOQ de 22 de julio de 2015.
31 Muestra
La muestra es el reservorio de 10,000m3
En el presente trabajo la muestra es el reservorio, se desarrollará sobre el diseño adecuado del reservorio apoyado construido con material de relleno y revestido con geomembrana con una capacidad de almacenamiento de 10,000 m3 de agua para riego.
Según Bernal (2010) explica que la muestra “es la parte de la población que se escoge, y de esa se saca la información necesaria para desarrollar los estudios y también se ejecutaran mediciones y observaciones” (p.161).
Figura 10. Ubicación del Reservorio Querapi, Region Moquegua.
Fuente: Google Earth.
3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos Técnicas
La técnica que se uso es la de Observación ya que esta técnica nos permitió recolectar información de nuestra visita a Querapi y así tomar los datos del reservorio y sus fallas actuales. La recolección de datos se tomó en el reservorio midiendo los taludes, la corona, la altura, la ubicación y el Diseño del Reservorio.
32 Arias (1997), Define como técnica de investigación al proceso que se hace para la obtención datos.
Según el autor Cabezas, et. al. (2018) refiere a la observación de campo como una observación directa es el lugar de estudio, donde obtiene la información de primera mano que viene directamente del campo, que puede ser visto directa e indirecta;
señala que es directa en el caso de que el investigador contacta el suceso personalmente” (p.112), sin embargo, la indirecta son datos observados por otros que participan en el lapso de investigación.
Instrumentos de recolección de datos
Se ha diseñado una ficha técnica para determinar los datos y esta ficha técnica ha sido validada por un especialista.
Se realizó la recolección de información de documentos administrativos sobre el procedimiento constructivo de la obra, se usó las herramientas e instrumentos para realizar el estudio topográfico, estudio de suelos, normas técnicas respecto a la conformación de suelos y programas usados para sistematizar las características del reservorio mediante los programas de Civil 3D, se contó con la ayuda de los pobladores para obtener información primaria. Para anotar y registrar la información se usó un cuaderno, lapiceros, y una cámara fotográfica.
Fernández, et. al. (2014) dice que el compendio de pesquisa es la forma que usa el investigador para anotar los datos sobre las variables que se ha formulado en los objetivos del proyecto de investigación, buscando relacionar variables, dimensiones e indicadores” (p.199).
3.5. Procedimientos
Se inició consiguiendo la información respecto a la zona de construcción, se hizo el levantamiento topográfico del área construida del reservorio existente, se realizó la excavación de calicatas con el fin de determinar el grado de compactación y clase de suelo, se tomó medidas con el flexómetro a las grietas en el talud y en la corona del reservorio, después se usó el software Autocad para el dibujo de los
